MATLAB 入门学习笔记

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目录

• Lesson 1 ·界面认识
• Lesson 2 · 绘图基础
• Lesson 3 · 脚本与函数（待学）
• Lesson 4 · 控制流与向量化（待学）
• Lesson 5 · 文件读写（待学）
• Lesson 6 · 调试与常见错误（待学）

参考：基础入门

0. 简介

MATLAB（Matrix Laboratory 的缩写）是由 MathWorks 公司开发的一款数值计算与可视化软件环境。
它以矩阵为核心数据结构，拥有丰富的数学函数库和绘图功能，相比传统编程语言更直观、高效。

常见应用领域：

• 数值计算：矩阵运算、线性代数、优化、微分方程
• 数据分析与可视化：绘制二维、三维图像，交互式探索数据
• 建模与仿真：结合 Simulink 做系统建模、工程验证
• 科研与教学：科研人员和学生的重要工具，用于快速实现算法原型

Lesson 1·界面认识

1.1 切换文件夹

建议在 D: 或 E: 盘新建一个英文路径（如 D:/matlab101），然后在「当前文件夹」窗口粘贴路径切换。

避免中文或空格路径，减少报错。

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1.2 命令行（Command Window）

• 用于输入单行命令，快速验证代码片段。
• 常配合 clc; clear; close all; 清理环境使用。

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1.3 编辑器（Editor）

• 编写并运行 .m 脚本或函数，点击绿色 Run 按钮即可执行。
• 新建脚本的方法：
  • 在「当前文件夹」右键 → 新建 → 脚本
  • 或菜单栏 → Home → New Script

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1.3.1 脚本命名基本规则

1. 文件名必须以字母开头
   • 允许字母、数字、下划线 _
   • 禁止空格、中文、特殊符号
2. 区分大小写（尤其在 Linux/macOS 系统下）
   • MyScript.m 与 myscript.m 是两个不同文件
3. 避免与内置函数重名
   • 不能命名为 plot.m, sum.m, mean.m
   • 可用 which plot 检查函数是否已存在

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1.3.2 推荐命名风格

• 小写 + 下划线分隔

  data_analysis.m
  signal_filter_demo.m

• 驼峰命名（CamelCase）

  DataAnalysis.m
  SignalFilterDemo.m

• 带编号/版本号（常用于学习记录）

  lesson01_basics.m
  test_v1.m
  test_v2.m

Lesson 1 · 基础操作与向量/矩阵入门

1.1 清空环境与常用命令

clc;        % 清空命令行
clear;      % 清除所有变量
close all;  % 关闭所有图窗
clear x y;  % 仅清除指定变量
who;        % 查看当前变量名
whos;       % 查看详细变量信息

小技巧：习惯在脚本开头写 clc; clear; close all;，保持环境干净。

1.2 变量命名规则

• 以字母开头，可包含字母、数字、下划线。

• 区分大小写：data 与 Data 是不同变量。

• 不要覆盖内置函数（如 sum、max）。

• 尽量使用有意义的名称，例如：

  height_cm = 175;
  velocity_mps = 12.5;

1.3 数据与数据类型

MATLAB 默认数据类型为 double（双精度浮点数）。常见类型：

x = 10;             % double
c = 'A';            % char
s = "Hello";        % string
i = int32(100);     % 整型
flag = true;        % 逻辑型
arr = [1 2 3];      % 向量（double 数组）

% 查看类型与转换：
class(x)
int8(3.7)       % 转换为整型
logical(0)      % 转换为逻辑

1.4 矩阵及其运算

A = [1 2; 3 4];
B = [5 6; 7 8];
% 基本运算
C1 = A * B;     % 矩阵乘法
C2 = A .* B;    % 逐元素乘法
P1 = A ^ 2;     % 矩阵幂
P2 = A .^ 2;    % 逐元素平方
% 常见函数
transposeA = A';
invA = inv(A);
detA = det(A);

注：语句后面加分号用于隐藏脚本输出，不加分号可以在命令行查看该行输出；

1.5 脚本运行与部分行运行

• 运行整个脚本：点击绿色 Run 按钮。

• 运行部分行：选中代码 → 右键 → Run Section，或使用 Ctrl+Enter。

• 脚本中可用 %% 分隔为代码段，方便逐段运行：

  %% 第一部分
  a = 1:5;
  %% 第二部分
  b = a.^2;
  plot(a,b);

1.6 注释方法

• 单行注释：

  % 这是注释

• 多行注释：选中代码 → Ctrl+R 注释，Ctrl+T 取消注释。

• 代码段标题：

  %% 数据处理

1.7 生成多维矩阵

% 使用 reshape 创建多维数组
M = reshape(1:24, [3 4 2]); % 3x4x2 三维矩阵

% zeros/ones 支持多维
Z = zeros(3,4,5);  % 3x4x5 的零矩阵
O = ones(2,2,2);   % 立方体全 1

% rand 也支持多维
R = rand(3,3,3);   % 3x3x3 随机矩阵

要点：MATLAB 中矩阵按 列优先 填充。

1.8 随机数生成

1.8.1 均匀分布

U = rand(3,4);        % (0,1) 区间均匀分布

U2 = rand(2,5) * 10;  % (0,10) 区间均匀分布

Rint = randi([1,100], 3,3); % 整数均匀分布

1.8.2 正态分布

N = randn(3,4);        % 标准正态分布 N(0,1)

N2 = randn(1,1000)*2+5; % N(5, 2^2)，均值 5 方差 4

1.8.3 设置随机数种子（保证可重复性）

rng(0);        % 固定随机数生成器状态
rand(1,5)

Lesson 2 · 绘图基础

所有绘图函数或其他函数的高级用法都可以在右键–>帮助（F1）查看。

2.1 简单绘图

x = linspace(0, 2*pi, 200);% 生成0到2Π之间的200个等间距点
y = sin(x);
plot(x, y); % plot用于绘制二维线图

默认绘制蓝色曲线。

2.2 设置线型与颜色

plot(x, y, 'r--', 'LineWidth', 2); % 红色虚线，线宽2

常用线型：'-' 实线，'--' 虚线，':' 点线，'-.' 点划线。
常用颜色：'r' 红，'g' 绿，'b' 蓝，'k' 黑。

2.3 多条曲线

y1 = sin(x);
y2 = cos(x);
plot(x,y1,'b', x,y2,'r--', 'LineWidth', 2);
legend('sin(x)','cos(x)');

2.4 添加标签与标题

xlabel('x');
ylabel('y');
title('Sine and Cosine');
grid on; % 打开网格

2.5 子图 (subplot)

subplot(2,1,1);
plot(x, sin(x)); title('sin(x)');
subplot(2,1,2);
plot(x, cos(x)); title('cos(x)');

2.6 散点图

x = rand(1,50);
y = rand(1,50);
scatter(x, y, 50, 'filled'); % 第三个参数表示点大小

2.7 保存图像

saveas(gcf, 'myplot.png');      % 保存为 PNG
saveas(gcf, 'myplot.fig');      % 保存 MATLAB figure
exportgraphics(gcf,'myplot.pdf'); % 高质量 PDF

📚 推荐阅读：二维绘图函数速查

以下是 MATLAB 官方文档的参考入口，包含常用二维绘图函数示例：

• 折线图：plot
• 散点图：scatter
• 柱形图：bar, barh
• 饼图：pie, pie3
• 阶梯图：stairs
• 面积图：area
• 箱线图：boxplot
• 直方图：histogram

👉 官方文档：2-D and 3-D Plots (MathWorks)